IGBT là một trong những phát minh điện tử hiệu quả nhất. Nguyên tắc hoạt động của IGBT là độc đáo và đi kèm với một loạt các ứng dụng thương mại như động cơ AC/DC, điều khiển động cơ kéo, UPS (không điều chỉnh điện áp), máy đảo ngược, v. v.
nhưng đừng quá lạc quan. bạn cần phải hiểu cách IGBT hoạt động. Bắt đầu nào.
IGBT là gì?
IGBT nghĩa là bán dẫn hai cực cách điện. đây là một thiết bị điện tử bán dẫn 3 đầu, cung cấp khả năng chuyển đổi nhanh với hiệu quả cao.
để hiểu rõ hơn ibbt, tốt nhất là hiểu các transistor khác nhau về chức năng.
bóng bán dẫn
bóng bán dẫn là một bộ phận điện tử nhỏ có hai chức năng chính. nó hoạt động như một công tắc để điều khiển mạch chiếu sáng, nó có thể khuếch đại tín hiệu.
Có các loại bóng bán dẫn khác nhau cho các mục đích khác nhau và phù hợp với các mục đích cụ thể. các transistor thường được sử dụng là bjt (bi-polar transistor), MOSFETs và igbt.
cả bjt và mosfet đều có sở thích và lợi thế riêng. Trong khi BJT thích giảm áp suất thông thấp, MOSFET là sự lựa chọn tốt nhất cho I / P cao, mất công tắc thấp và không có đột quỵ thứ hai.
IGBT kết hợp BJT và MOSFET để phát huy lợi thế của hai transistor.
Do vậy, IGBT là một thiết bị ba điểm được sử dụng như một thiết bị công tắc, có thể được sử dụng để khuếch đại các tín hiệu. IGBT cung cấp sự trao đổi nhanh chóng và hiệu quả.
Biểu tượng IGBT
Bởi vì IGBT kết hợp BJT và MOSFET, ký hiệu của nó tuân theo cùng một nguyên tắc như sau.
Biểu tượng IGBT
Biểu tượng cũng có ba điểm cuối-các tập điện, điện và điểm. đầu vào đại diện cho MOSFET, và biểu tượng đầu ra đến từ biểu tượng BJT.
như bạn có thể dự đoán, thiết bị dẫn điện là bộ thu điện và bộ phát điện. Cửa chính là trạm điều khiển.
cấu trúc của iGBT
Cả ba đầu cuối của IGBT đều được gắn với một lớp kim loại. tuy nhiên, vật liệu kim loại ở đầu cuối có chất cố silicon.
bên trong, cấu trúc igbt là một thiết bị bán dẫn bốn lớp. thiết bị bốn lớp này là sự kết hợp của các transistor pnp và npn, chúng tạo thành sự sắp xếp ppn.
cấu trúc của iGBT
nguồn: bộ phận 101
mức gần nhất với khu vực tập hợp là nền (p +), khu vực đập vào. Phía trên bên phải là khu vực N trôi dạt, bao gồm các tầng N.
Tiêm vào khu vực hoạt động để đưa hầu hết các portator (thời gian lỗ) từ (p +) vào lớp N.
độ dày của vùng trôi dạt xác định khả năng chặn điện áp của igbt.
phía trên của vùng trôi nổi là vùng cơ thể, được tạo ra bởi lớp phủ (p). nó đang ở gần bộ phát tín hiệu. có những lớp (n+) bên trong cơ thể.
Lưu ý rằng nút giữa khu vực thu thập điện (hoặc khu vực tiêm) và khu vực trôi nổi N là J2. tương tự như vậy, nút giữa khu vực n và khu vực cơ thể là nút j1.
Lưu ý: Đối với cửa “MOS”, cấu trúc của IGBT là tương tự như một thấu kính. Tuy nhiên, các hành động và chức năng của Transistor có thể bị chặn, điều đó có nghĩa là chỉ có hành động Transistor được cho phép trong phạm vi hoạt động toàn bộ thiết bị của IGBTs.
igbt tốt hơn transistor vì nó có thể nhanh chóng chuyển đổi transistor để chờ đợi.
IGBT hoạt động như thế nào?
IGBT hoạt động bằng cách kích hoạt hoặc vô hiệu hóa các cực điện còn lại.
nếu điện áp nhập dương đi qua cổng, điểm phát tín hiệu duy trì mạch điện. Mặt khác, nếu dòng điện của IGBT là 0 hoặc hơi âm, nó sẽ ngắt các ứng dụng mạch điện.
Bởi vì thiết bị hai cực cách ly được sử dụng như cả BJT và MOSFET, do đó, nó đạt được tỷ lệ giữa đầu ra và tín hiệu đầu vào điều khiển.
Đối với một BJT truyền thống, số lượng tăng gần giống như tỉ số dòng điện đầu ra với dòng điện đầu vào. chúng tôi gọi nó là beta, và gọi nó là beta.
Mặt khác, đối với MOSFET, không có dòng điện đầu vào, vì các đầu cuối khung được tách khỏi kênh chính mang dòng điện. Chúng tôi xác định tăng IGBTs bằng cách chia sự thay đổi dòng điện đầu ra cho sự thay đổi điện áp đầu vào. điều này làm cho iGBT trở thành một thiết bị truyền dẫn.
IGBT là một đường đua
Hãy sử dụng biểu đồ dưới đây để giải thích điều này, nó mô tả toàn bộ phạm vi hoạt động của thiết bị IGBT.
IGBT là một đường đua
IGBT chỉ hoạt động khi có điện áp được cung cấp. Đây là điện áp cổngTốt lắmvâng.
như bạn có thể thấy, một khi có điện áp cổngTốt lắmdòng điện cổng (Câu lạc bộ thể thao điện tử iG (Invictus Gaming)) tăng. và sau đó nó tăng điện ápVGEtôi không biết.
vì vậy, điện áp của các cực điểm phát điện tăng lênmạch tích hợpdo đó, dòng điện tích tụ (mạch tích hợpgiảm điện áp điện cực (âm đạo, cổ tử cung và màng cổ tử cungtôi không biết.
Chú ý: IGBT có các tính năng giảm áp tương tự như các diode, với giá trị điển hình là khoảng 2V, chỉ tăng lên khi dòng điện tăng lên.
IGBT sử dụng các dòng nhị phân để dẫn dòng điện ngược. dòng tiếp theo diode được nối giữa các cực điện thu phát.
silicon igbt diode
Nguồn: ResearchGate Publishing
Đầu điểm nội bộ là một yêu cầu đối với các thiết bị công tắc điện tử có thể làm mất hiệu quả nếu không có các đầu điểm nội bộ. Bởi việc tắt công tắc, khi không có đường dẫn phù hợp, dòng điện tải cảm nhận sẽ tạo ra các đỉnh điện áp cao.
Các mô-đun IGBT và Tiến lên
nguồn: cánh cửa để nghiên cứu
Bất cứ khi nào một transistor hai cực cách ly được tắt, một số lượng nhỏ các trạm từ khu vực N sẽ chảy ra vào mạch bên ngoài. Sau khi cắt rộng cắt điện (điện áp tập điện-điện điện tăng lên), một số nhỏ các trạm chuyển điện sẽ dẫn đến việc tái cấu trúc bên trong dòng điện, dòng điện cuối.
loại IGBT
Là một thiết bị bốn cấp, IGBTs có thể được phân loại dựa trên sự tồn tại (n+) các bộ đệm. Các transistor hai cực cách ly với một bộ đệm (n+) là các transistor thông qua IGBT (hoặc ngắn gọn là PT-IGBT).
Tương tự như vậy, IGBT không có bộ đệm (n+) là IGBT không thâm nhập (hoặc NPT-IGBT). và đây là sự khác biệt giữa chúng.
bóng bán dẫn hai cực có thể được phân loại theo đặc tính của nó. Khái niệm thiết kế thiết bị của PT-IGBT và NPT-IGBT có thể đối xứng hoặc không đối xứng.
các igbt đối xứng có tương đương với điện áp trực tiếp và đảo ngược. đồng thời, điện áp xâm nhập của các transistor hai cực không đối xứng lớn hơn điện áp xâm nhập ngược.
điều này có nghĩa là ibbt đối xứng chủ yếu được sử dụng cho các mạch điện xoay chiều. Mặt khác, các IGBT không đối xứng được áp dụng cho các mạch DC, vì chúng không cần bất kỳ điện áp ngược hỗ trợ.
mô hình igbt
Các mạch điện sử dụng nguyên tắc làm việc của IGBT thường được mô hình hóa bằng các mô phỏng mạch như Saber và SPICE.
Trình mô phỏng có thể mô phỏng IGBT (và các thiết bị thực tế khác) để cung cấp các dự đoán tốt nhất về dòng điện và điện áp trên các kết nối điện.
Để có các phần đoán chính xác hơn, mô phỏng cũng bao gồm cả nhiệt độ và nhiệt độ. các phương pháp tạo mô hình phổ biến nhất được sử dụng trong các khái niệm thiết kế thiết kế thiết bị iGBT:
dựa trên mô hình vật lý
mô hình vĩ mô
Trình mô phỏng SPICE sử dụng phương pháp mô hình vĩ mô, dùng cấu hình Darlington để kết hợp các cấu phần khác nhau như MOSFET và BJT với nhau.
công việc của iGBT-các thuộc tính điện
Bởi vì IGBT làm việc với điện áp, các thiết bị này chỉ cần một số điện áp nhỏ trên các điểm cuối để duy trì hoạt động.
đặc tính điện
Ngược lại với các transistor công việc hai cực, mà cần dòng điện từ các cực cơ sở liên tục để duy trì sự bão hòa.
Trong khi đó, IGBT là một thiết bị một chiều, có nghĩa là nó chỉ chuyển đổi “trên” (từ bộ sưu tập đến điện cực).
nó trái ngược với MOSFET với quá trình chuyển đổi dòng điện hai chiều. Trong thiết bị thực tế, MOSFETs có thể điều khiển phía trước và ngược lại không thể điều khiển.
Lưu ý rằng trong các điều kiện động, IGBT có thể trải qua dòng điện chặn khi tắt thiết bị. khi dòng điện từ điều khiển trạng thái khởi động liên tục dường như vượt quá ngược, đó là dòng điện chặn.
Hơn nữa, khi điện áp cực kết nối dưới mức điện ngược lại, sẽ có một số dòng điện rò rỉ đi qua thiết bị. tại thời điểm này, điện áp bộ phát điện gần như bằng với điện áp nguồn. vì vậy, bộ thiết bị bốn công việc làm việc trong khu vực cắt.
công việc làm việc của iGBT
IGBT có thể được sử dụng cho các bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ, giống như MOSFET và BJT. Tuy nhiên, IGBT tận dụng hết các ưu điểm của cả hai loại và do đó có các mất dây dẫn và tốc độ chuyển đổi cao.
IGBT được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại như hệ thống âm thanh stereo, tàu hỏa, cầu điều khiển tốc độ thay đổi, xe điện, điều hòa không khí…
mối quan hệ giữa IGBT và MOSFET
bán dẫn hai cực cách ly thích hợp nhất cho các cấu hình điện áp cao, tần số chuyển đổi thấp, dòng điện cao. Ngược lại, MOSFET phù hợp nhất với điện áp thấp, tần số chuyển đổi cao và dòng điện trung bình.
mối quan hệ giữa IGBT và MOSFET
nguồn: cánh cửa để nghiên cứu
Nhờ mất công tắc cao, IGBT có thể được sử dụng cho các thiết bị thực sự có tần số công tắc mở rộng dưới 20 kHz.
tóm tắt
Bây giờ chúng tôi muốn bạn hiểu IGBT là gì và chúng khác với MOSFET và BJT như thế nào. Bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc mối quan tâm nào về IGBT? liên lạc với chúng tôi bất cứ lúc nào!